Выбор параметров срабатывания

Производится по четырем условиям:

1) Пусковое реле не должно действовать при внешнем КЗ. Для этого ток срабатывания должен быть больше тока небаланса при при КЗ на шинах противоположной подстанции:

;

где - коэффициент надежности, равен 1,5 – 2.

Ток небаланса обусловлен погрешностью трансформаторов тока и неравенством сопротивлений линий :

,

где - коэффициент однотипности трансформаторов тока; - коэффициент учитывающий наличие апериодической составляющей в токе короткого замыкания; - допустимая погрешность трансформаторов тока; - максимальный ток внешнего трехфазного короткого замыкания;

,

где и - сопротивления параллельных линий.

.

2) Пусковое реле должно быть отстроено от суммарного тока нагрузки линий для предотвращения ложного действия защиты при отключении одной из линий с противоположной стороны в нормальном режиме. В таких условиях по оставшейся в работе линии протекает весь ток нагрузки:

.

3) Пусковое реле должно быть отстроено от токов протекающих в неповрежденных фазах при двухфазных и однофазных КЗ. Для этой цели

.

Условие отстройки от тока при каскадном отключении замыкания между двумя фазами является расчетным только для защиты, установленной с питающей стороны на линиях с односторонним питанием. Для комплекта защиты, установленного у шин приемной подстанции, ток срабатывания по условию 3 не выбирается, так как при каскадном действии защиты линии, когда второй работает защита приемного конца, ток направлен к шинам (в нагрузку) и нет опасности ложного срабатывания защиты, установленной на приемном конце.

4) Пусковое реле должно надежно возвращаться при максимальной нагрузке линий. При выборе тока срабатывания без учета возврата контакты пускового реле могут остаться замкнутыми после отключения внешнего КЗ (при работе одной линии). Если при этом под действием тока нагрузки сработает реле направления мощности, то цепь отключения от защиты будет разомкнута только блок контактами отключенного выключателя. В момент включения второго выключателя блок-контакт замкнется и защита подаст импульс на отключение работающей линии.

Условие возврата обеспечивается, если:

.

Если условие 3 является определяющим при выборе тока срабатывания защиты, то целесообразней комплектовать защиту от многофазных КЗ и выводить из действия при КЗ на землю. При этом определяющим будет условие 2.

Чувствительность защиты оценивается в зоне каскадного действия и в точке равной чувствительности.

Длина зоны каскадного действия определяется выражением:

где - ток в месте короткого замыкания при повреждении на границе зоны каскадного действия; с некоторым приближением принимается равным току трехфазного короткого замыкания на шинах противоположной подстанции; - длина линии.

Для параллельных линий без обходных связей при одинаковых токах срабатывания обоих комплектов защит зона каскадного действия комплекта от замыкания между фазами не должна превышать 30 % длины линии при любых параметрах сети, если обеспечивается требуемая чувствительность защиты ( к повреждениям в середине линии при включенных выключателях с обеих сторон.

Оценить чувствительность защиты в режиме каскадного действия можно по выражению:

,

где - ток, протекающий через данный комплект защиты, при двухфазном коротком замыкании у шин противоположной подстанции и отключенном выключателе, ближайшем к месту повреждения, в минимальном режиме работы сети ().

Определить положение точки равной чувствительности можно по следующему выражению:

 

где - расстояние до точки равной чувствительности от места установки комплекта защиты, расположенного вблизи подстанции А; и - токи срабатывания комплектов защиты, расположенных, соответственно, вблизи подстанций А и Б.

Чувствительность комплектов защит к повреждению в точке равной чувствительности может быть оценена по выражению:

где - токи в протекающие в защитах А и Б при металлическом замыкании между двумя фазами в точке равной чувствительности в минимальном режиме работы энергосистемы.

Недостатки направленной поперечной дифференциальной защиты:

– действует правильно только для параллельных линий;

– при КЗ в зоне каскадного действия имеет большое время срабатывания;

– в случае применения проводов разных марок защита может оказаться нечувствительной;

– требует установки дополнительной защиты для отключения КЗ в мертвой зоне, а также заменяющей ее, когда в работе остается только одна из линий.

Достоинства защиты:

– быстродействие;

– защищает целиком всю линию;

– хорошая чувствительность;

– простота, экономичность.

Применяется в распределительных сетях напряжением 35-110

 

2.5.2. Высокочастотные защиты ЛЭП

На линиях электропередачи напряжением 110 кВ и выше средней и большой длины (несколько десятков и даже сотен километров) продольные дифференциальные защиты с соединительными проводами не могут быть применены вследствие высокой стоимости и недопустимого увеличения сопротивления соединительного кабеля. В связи с этим на таких линиях в качестве быстродействующих защит, обеспечивающих отключение без замедления повреждений на всем протяжении линии, используются высокочастотные защиты. В этих защитах обмен информацией между комплектами, установленными по концам защищаемой линии, осуществляется с помощью организованного по ней специального высокочастотного канала.

На рис. 49 показана схема организации высокочастотного канала по линии электропередачи. Ток высокой частоты в этой схеме передайся по одной из фаз линии и возвращается через землю. На каждом конце линии устанавливается высокочастотный аппарат (ВЧА) 1, состоящий из передатчика (генератора) сигналов высокой частоты ГВЧ и принимающего их приемника ПВЧ. Выходные цепи ВЧА подключаются одним зажимом к земле, а вторым - к линии электропередачи через кабель 2, фильтр присоединения 3 и конденсатор связи 4.

Сопротивление конденсатора связи, через который ВЧА подключается к линии электропередачи, зависит от частоты проходя­щего через него тока. Для токов промышленной частоты 50 Гц оно велико (больше 1 МОм) и поэтому ток утечки весьма мал. При высоких частотах (больших 10 кГц) сопротивление конденсатора резко уменьшается. В результате ток высокой частоты, проходящий по линии, будет ответвляться в конденсатор и дальше через фильтр присоединения проходить в ВЧА.

Для того чтобы токи высокой частоты не выходили за пределы защищаемой линии, по концам ее устанавливаются специальные заградители 5. Заградитель представляет собой резонансный контур, состоящий из силовой индуктивной катушки L и элемента настройки (регулируемой емкости С_к). Значение емко­сти подбирается так, чтобы контур заградителя был настроен в резонанс (тока) на частоту настройки ВЧА. Такой заградитель называется резонансным, или одночастотным. При резонансной частоте сопротивление контура имеет максимальное значение, благодаря чему предотвращается растекание тока высокой частоты. Резонансное сопротивление заградителя должно быть не меньше 1000 Ом. Для защиты конденсатора С_к от грозовых и коммутацион­ных перенапряжений предусматривается разрядник FV.

В качестве высокочастотного кабеля 2 используется кордельный кабель типа ФКБ, входное сопротивление которого близко к 100 Ом.

 

Рис. 49. Принципиальная схема высокочастотного канала

 

С помощью фильтра присоединения согласовывается (уравнивается) входное сопротивление высокочастотного кабеля и линии. Фильтр присоединения образует замкнутый контур для токов высокой частоты и компенсирует емкость конденсатора связи, что позволяет уменьшить до минимума сопротивление конденсатора для токов высокой частоты. Фильтр присоединения представляет собой воздушный трансформатор с отпайками, позволяющими менять самоиндукцию его обмоток и взаимную индуктивность между ними.

Высокочастотными защитами оснащено большинство линий напряжением 220 кВ и выше, а также большое число линий 110 кВ. Наибольшее распространение получили дифференциально-фазные высокочастотные защиты.

Принцип действия дифференциально-фазной высокочастотной защиты (ДФЗ) основана на сравнении фаз токов по концам защищаемой линии. На рис.50 показаны схемы токораспределения при внешнем КЗ (точка К.1 на рис.50а) и при повреждении на защищаемой линии (точка К2 на рис.50б). Считая положительными токи, направленные от шин в линию, можно сказать, что при внешнем КЗ токи и сдвинуты на 180° (имеют противоположные знаки), а при КЗ в зоне - совпадают. Последнее утверждение справедливо, если пренебречь сдвигом по фазе между векторами ЭДС и по концам электропередачи и различием углов полных сопротивлений и .

Таким образом, сравнивая фазы токов по концам защищаемой линии, можно определить место повреждения. В отличие от обычных дифференциальных защит, в которых значения токов сравниваются непосредственно в реле, в дифференциально-фазной защите для передачи информации о фазе токов, проходящих по концам защищаемой линии, используется канал высокой частоты.

Структурная схема защиты показана на рис.51. Защита состоит из высокочастотного аппарата ВЧА, включающего в себя ГВЧ и ПВЧ, реле отключения РО, питающегося током приемника, и пусковых реле ПО1 и П02, первое из которых пускает ГВЧ, а второе замыкает цепь отключения.

Особенность ДФЗ как высокочастотной защиты состоит в том, что ГВЧ управляется непосредственно током промышленной частоты. Генератор высокочастотных колебаний включен так, что при положительной полуволне промышленного тока он работает, посылая в канал ток высокой частоты, а при отрицательной - запирается, прекращая выдачу высокочастотных сигналов. Приемник ВЧА выполнен таким образом, что при наличии токов высокой частоты, поступающих в его входной контур, выходной ток, питающий реле РО, равен нулю, а при отсутствии высокоча­стотного сигнала появляется выходной ток, поступающий в реле РО.

При внешнем КЗ (рис.50а), когда фазы первич­ных токов по концам линии противоположны, ГВЧ на конце т линии работает в течение первого полупе­риода промышленного тока, а на конце п — в течение следующего полупериода. В результате по линии не­прерывно проходит ток вы­сокой частоты, питая прием­ники, установленные на обе­их сторонах защищаемой ли­нии. При этом в выходных цепях ПВЧ ток отсутствует, реле РО не работает и защита на отклю­чение не действует. При КЗ в зоне (рис.50б) ГВЧ на обоих концах линии работают одновременно, поскольку фазы токов промышленной частоты совпадают. Высокочастотный ток, поступающий при этом в приемники, будет иметь прерывистый характер с интервалами, рав­ными полупериоду промышленного тока. В этом случае приемник рабо­тает в промежутки времени, когда ток высокой частоты отсутствует и заперт во время его прохождения. В выходной цепи приемника появляется прерывистый ток, который сглаживается и поступает в реле РО, последнее срабатывает и замыкает цепь вклю­чения. Таким образом, сдвиг фаз токов промышленной частоты, проходящих по обоим концам защищаемой линии, определяется по характеру высокочастотных сигналов, принимаемых ПВЧ (сплош­ные или прерывистые). По принципу действия ДФЗ не реагирует на нагрузку и качания, так как в этих режимах фазы сравниваемых токов по концам защищаемой линии противоположны.

Рис.50. Диаграмма токов ДФЗ

 

Правильное поведение защиты при внешних КЗ будет обеспечено лишь в случае работы ГВЧ на обоих концах защищаемой линии. Если один из ГВЧ не будет за­пущен или окажется неисправным, защита подействует неправильно и отключит неповрежденную линию, так как ПВЧ будут принимать прерывистый ток только одного передатчика. Для предотвращения этого в схеме защиты (см. рис.51) имеются два пусковых органа разной чувствительности: П01 — более чувствительный, осуществ­ляющий пуск ГВЧ, и П02 - более грубый, замыкающий цепьотключения.

Рис.51. Структурная схема ДФЗ

 

Достоинства высокочастотных защит:

- возможность использования в сетях любой конфигурации;

- высокая чувствительность;

- достаточная надежность;

- высокое быстродействие.

Основной недостаток высокочастотных защит – высокая стоимость.

 

ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

В процессе эксплуатации возможны повреждения в трансформаторах и на их соединениях с коммутационными аппаратами. Могут быть также опасные ненормальные режимы работы, не связанные с повреждением трансформатора или его соединений. Возможность повреждений и ненормальных режимов обусловливает необходимость установки на трансформаторах защитных устройств.

Основными видами повреждений являются многофазные и однофазные короткие замыкания в обмотках и на выводах трансформатора, а также «пожар стали» магнитопровода. Однофазные повреждения бывают двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые замыкания). Наиболее вероятны многофазные и однофазные короткие замыкания на выводах трансформаторов и однофазные витковые замыкания в обмотках. Значительно реже возникают многофазные короткие замыкания в обмотках. Для групп однофазных трансформаторов они вообще исключены. Защита от коротких замыканий выполняется с действием на отключение поврежденного трансформатора. Для ограничения размеров разрушений ее выполняют быстродействующей.

Замыкание одной фазы на землю опасно для обмоток, присоединенных к сетям с глухозаземленными нейтралями. В этом случае защита должна отключать трансформатор и при однофазных коротких замыканиях в его обмотках на землю. В сетях с нейтралями, изолированными или заземленными через дугогасящие реакторы, защита от однофазных замыканий на землю с действием на отключение устанавливается на трансформаторе в том случае, если такая защита имеется в сети. При витковых замыканиях в замкнувшихся витках возникает значительный ток, разрушающий изоляцию и магнитопровод трансформатора, потому такие повреждения должны отключаться быстродействующей защитой. Но ис­пользовать для этого токовые, дифференциальные или дистанци­онные защиты не представляется возможным. При малом числе замкнувшихся витков ток в поврежденной фазе со стороны питания может оказаться даже меньше значения номи­нального тока, а напряжение на выводах трансформатора прак­тически не изменится.

Опасным внутренним повреждением является также «пожар стали» магнитопровода, который возникает при нарушении изоля­ции между листами магнитопровода, что ведет к увеличению потерь на перемагничивание и вихревые токи. Потери вызывают местный нагрев стали, ведущий к дальнейшему разрушению изоляции. За­щиты, основанные на использовании электрических величин, на этот вид повреждения тоже не реагируют, поэтому возникает не­обходимость в применении специальной защиты от витковых за­мыканий и от «пожара стали». Для маслонаполненных трансфор­маторов такой защитой является газовая, основанная на исполь­зовании явлений газообразования. Образование газа является следствием разложения масла и других изолирующих материа­лов под действием электрической дуги при витковых замыканиях или недопустимого нагрева при «пожаре стали». Электрическая дуга возникает и при многофазных коротких замыканиях в обмот­ках. Поэтому газовая защита является универсальной защитой от всех внутренних повреждений трансформатора.

Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих слу­чаях в обмотках трансформатора появляются большие токи (сверх­токи). Особенно опасны токи, проходящие при внешних коротких замыканиях; эти токи могут значительно превышать номиналь­ный ток трансформатора. В случае длительного прохождения то­ка (что может быть при коротких замыканиях на шинах или при не отключившемся повреждении на отходящем от шин присоеди­нении) возможны интенсивный нагрев изоляции обмоток и ее по­вреждение. Вместе с этим при коротком замыкании понижается напряжение в сети. Поэтому на трансформаторе должна предусматриваться защита, отключающая его при появлении сверхтоков, обусловленных не отключившимся внешним коротким замыканием.

Перегрузка трансформаторов не влияет на работу системы электроснабжения в целом, так как она обычно не сопровождается видением напряжения. Кроме того, сверхтоки перегрузки относительно невелики и их прохождение допустимо в течение некоторого времени, достаточного для того, чтобы персонал принял меры к разгрузке. Так, согласно нормам, перегрузку током I_пер =1,6I_т.ном можно допускать в течение t = 45 мин. В связи с этим защита трансформатора от перегрузки при наличии дежурного персонала должна выполняться с действием на сигнал. На подстанциях бeз дежурного персонала защита от перегрузки должна действовать на разгрузку или отключение.

К ненормальным режимам работы трансформаторов относите также недопустимое понижение уровня масла, которое может произойти, например, вследствие повреждения бака.